Teollisuuden sähkönjakeluverkon luotettavuus metsäteollisuusintegraatissa

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO Teknillinen tiedekunta

Sähkötekniikan koulutusohjelma

DIPLOMITYÖ

Kalle Mäkelä

TEOLLISUUDEN SÄHKÖNJAKELUVERKON LUOTETTAVUUS METSÄTEOLLI- SUUSINTEGRAATISSA

Työn tarkastajat: Professori Jarmo Partanen Tutkijaopettaja Jukka Lassila

Työn ohjaaja: Projektipäällikkö Ari Wallenius

TIIVISTELMÄ

Lappeenrannan teknillinen yliopisto Teknillinen tiedekunta

Sähkötekniikka

Kalle Mäkelä

Teollisuuden sähkönjakeluverkon luotettavuus metsäteollisuusintegraatissa Diplomityö

2017

99 sivua, 22 kuvaa, 16 taulukkoa ja 3 liitettä Tarkastajat: Professori Jarmo Partanen

Tutkijaopettaja Jukka Lassila Työn ohjaaja: Projektipäällikkö Ari Wallenius

Hakusanat: luotettavuus, teollisuusverkko, sähkönjakelu, metsäteollisuus

Metsäteollisuuden tuotantolaitoksissa sähkönkulutus on suurta ja keskittynyt pienelle maantieteelliselle alueelle. Tuotantolaitosten prosessien energiaintensiivisyys aiheuttaa vaatimuksen sähkönjakeluverkon laitteiden korkealle luotettavuudelle, sillä yksittäisten laitteiden viat voivat aiheuttaa suuria tuotannonmenetyskustannuksia. Sähkönjakeluverkon laitteiden korkeaan luotettavuuteen tulee kiinnittää huomiota tuotantolaitosten kunnossapi- totoiminnassa, jotta tehdasprosesseja voidaan käyttää mahdollisimman korkealla käyttöas- teella.

Tässä diplomityössä tutkitaan Stora Enson Imatran tehtaiden kahden tehdasyksikön säh- könjakeluverkkojen laitteiden, kuten muuntajien, katkaisijoiden, releiden ja loistehon kompensointilaitteistojen luotettavuutta pitkän aikavälin vikatilastoinnin perusteella. Työn tavoitteena on tarkastella määrittää laitteille todelliset vikataajuudet ja analysoida verkon luotettavuutta. Lisäksi tavoitteena on muodostaa kokonaisvaltainen verkon nykytilan selvi- tys, jota voidaan käyttää apuna luotettavuuden ja käyttöturvallisuuden ylläpitämisessä ja kehittämisessä.

ABSTRACT

Lappeenranta University of Technology Faculty of Technology

Electrical Engineering

Kalle Mäkelä

The reliability of electricity distribution network in a forest industry integrate Master’s Thesis

2017

99 pages, 22 figures, 16 tables and 3 appendices Examiners: Professor Jarmo Partanen

Associate Professor Jukka Lassila Supervisor: Project Manager Ari Wallenius

Keywords: reliability, industrial electricity distribution system, electricity supply, forest industry

Consumption of electrical energy is high and clustered in small geographical area in forest industry mills. The intensiveness of energy use causes high reliability demand on power distribution networks because device failures can cause major costs on lost production.

Mill maintenance personnel must take special notice on the reliability power distribution network devices in order to reach high utilization rates.

In this master’s thesis the reliability of power distribution network is analyzed in Stora En- so Oyj Imatra Mills. This study covers devices like transformers, relays, reactive power compensating units and circuit breakers. The reliability analyzing is based on long-term fault statistics. The main goal of this thesis is to define failure rates and analyze the relia- bility of the electricity distribution network. Additional goal is to create a comprehensive report on the present state of the system which can be used to maintain and develop the reliability and safety of the electricity distribution network in Imatra Mills.

ALKUSANAT

Tämä työ on tehty Stora Enso Oyj:n Imatran tehtaille koskien teollisuuden sähkönjakelu- verkon luotettavuutta. Työn ohjaajana toimi projektipäällikkö Ari Wallenius ja lisäksi sain opastusta työn tekemiseen Efora Oy:n kunnossapitoinsinööreiltä Jouni Huhtaselta sekä Mika Ahtiaiselta. Haluan kiittää Aria, Jounia ja Mikaa asiantuntevasta ja laadukkaasta opastuksesta työn aikana. Lisäksi haluan kiittää kaikkia projektissa mukana olleita Stora Enso Oyj:n sekä Efora Oy:n työntekijöitä, jotka ovat omalta osaltaan vaikuttaneet työn on- nistumiseen. Erityiskiitokset kuuluvat eri alojen asiantuntijoille, joiden haastattelut ovat mahdollistaneet useiden eri näkökulmien esittämisen työssä.

Lappeenrannan teknillisen yliopiston puolelta työn tarkastajina toimivat professori Jarmo Partanen sekä tutkijatohtori Jukka Lassila. Heitä haluan kiittää laadukkaasta opetuksesta yliopistolla ja neuvoista työn aikana.

Suurin kiitos kuuluu äidilleni Pirjolle sekä tyttöystävälleni Lauralle tuesta työhön liittyvis- sä ja siihen liittymättömissä asioissa. Lisäksi haluan esittää erittäin suuret kiitokset kissoil- lemme Mintulle ja Jekulle. Myös ystävät ansaitsevat suuren kiitoksen tuesta koko opiske- lun ajalta.

Imatralla 10.4.2017 Kalle Mäkelä

SISÄLLYSLUETTELO

1. Johdanto ... 9

1.1 Taustat ja tavoitteet ... 9

1.2 Työn rajaus ... 10

1.3 Työn toteutus ... 10

2. Stora Enson Imatran tehtaat ... 12

2.1 Imatran tehtaat ... 12

3. Sähkönjakeluverkkojen luotettavuus ... 17

3.1 Luotettavuuden käsitteitä ja tunnuslukuja ... 17

3.1.1 Luotettavuuden käsitteitä 18 3.1.2 Luotettavuuden tunnuslukuja 21 3.2 Luotettavuuden osatekijät ... 23

3.3 Luotettavuuden ja käyttövarmuuden analysointi ... 25

3.4 Luotettavuuden kustannusvaikutukset ... 27

3.4.1 Luotettavuuden kustannusvaikutukset massa- ja paperiteollisuudessa 29 3.4.2 Sähkönjakelun keskeytyksistä aiheutuneen haitan kustannukset 30 3.5 Kunnossapidon luotettavuusvaikutukset ... 31

3.5.1 Kunnossapidon tietojärjestelmä 33 3.5.2 Käyttäjäkunnossapito 33 3.5.3 Vikaantumattomaan toimintaan pyrkiminen 34 3.5.4 Sähkönjakeluverkon laitteiden kunnossapito 35 3.5.5 Ennakko- ja määräaikaishuollot 37 3.6 Vikaantuminen ja aika ... 37

3.7 Sähkönjakeluverkon laitteiden luotettavuus ja elinikä ... 40

3.7.1 Muuntajien luotettavuus ja elinikä 41 4. Teollisuuden sähkönjakeluverkot ... 46

4.1 Teollisuusverkot ... 46

4.2 Teollisuusverkkoja koskeva lainsäädäntö ... 48

4.3 Teollisuusverkkojen laitteet ja niiden kunnonvalvonta ... 51

4.3.1 Muuntajat 51 4.3.2 Katkaisijat 54 4.3.3 Loistehon kompensointilaitteet 55 4.3.4 Relesuojaus 56 5. Imatran tehtaiden sähkönjakeluverkko ... 59

5.1 Sähkönjakeluverkon kunnossapito ... 59

5.1.1 Kunnossapidon SAP-tietojärjestelmä 61 5.1.2 Sähkönjakeluverkon ennakkohuollot 62 5.1.3 Sähkönjakelun keskeytyksestä aiheutuvat haittakustannukset 63 5.1.4 Sähkönjakeluverkon konsulttiselvitykset 64 5.2 Imatran tehtaiden sähkönjakeluverkko ... 65

5.2.1 Sähkönjakeluverkon toimipaikkojen kriittisyysluokitukset 70 5.2.2 Sähkönjakeluverkon varasyöttömahdollisuudet 71 6. Imatran tehtaiden sähkönjakeluverkon luotettavuus ... 73

6.1 Laitteiden vikahistorian analysointi ... 73

6.2 Luotettavuuden analysointi vikahistorian perusteella ... 77

6.3 Luotettavuuden analysointi luotettavuuslohkokaaviolla ... 78

6.4 Luotettavuuden kustannusvaikutukset Imatran tehtailla ... 80

6.5 Luotettavuuden parantaminen ... 82

7. Kehittämismalli Imatran tehtaiden sähkönjakeluverkon luotettavuuden ylläpitämiseksi ja parantamiseksi ... 85

7.1 Muuntajien huolto- ja kunnonvalvontasuunnitelma ... 85

7.2 Muuntajien uusimisinvestoinnit ... 86

7.3 Katkaisijat ... 88

7.4 Releet ... 89

7.5 Kompensointilaitteistot ... 89

7.6 Uusittu ennakkohuolto-ohjelma ... 90

7.7 SAP-kirjaukset ... 91

8. Yhteenveto ja johtopäätökset ... 93

Lähteet ... 96

Liitteet

Liite I Muuntajan kuntoindeksin laskenta Liite II Imatran tehtaiden päämuuntajat

Liite III SAP-tietojärjestelmän häiriökirjauslomake

KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET

A pinta-ala [m²]

E sähköenergia [Wh]

f vikatiheys

F vikakertymä

I sähkövirta [A]

m massa [kg]

MTBF keskimääräinen vikaantumisaikaväli [s]

P pätöteho [W]

Q loisteho [Var]

R toimintavarmuus

S näennäisteho [VA]

t aika [s]

U jännite [V]

V tilavuus [m³]

λ vikataajuus

Lyhenteet

CENELEC European Committee for Electrotechnical Standardization eli eurooppalai- nen sähköalan standardoimisjärjestö

CIGRE Council on Large Electronic Systems eli kansainvälinen sähkövoimajärjes- telmiin keskittyvä järjestö

CTMP Chemi-thermomechanical pulp eli kemikuumahierre DT Down Time eli korjausjakso

IEC International Electrotechnical Commission eli kansainvälinen sähkötekni- nen toimikunta

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers eli kansainvälinen sähkötek- niikan alan järjestö

KA2 Kartonkikone 2

KA4 Kartonkikone 4

MTBF Mean Time Between Failures eli vikaantumisten välinen keskimääräinen aika

MTTF Mean Time To Fault eli vikaantumisvälin toiminta-ajan odotusarvo MTTR Mean Time To Restoration eli toipumisajan odotusarvo

OT Operation Time eli käyntijakso PSK PSK Standardisointiyhdistys ry

RCM Reliability Centered Maintenance eli luotettavuuskeskeinen kunnossapito SF₆ Rikkiheksafluoridikaasu

SFS Suomen Standardoimisliitto

TBF Time Between Failures eli vikaantumisväli

TPM Total Productive Maintenance eli tuottava kunnossapito

TTF Time To Fault eli toipumisajan jälkeinen toiminta-aika vikaantumisvälillä TTR Time To Restoration eli toipumisaika

Alaindeksit

K katkaisija

M muuntaja

R rele

1. JOHDANTO

Tässä kappaleessa esitetään teollisuuden sähkönjakeluverkon luotettavuutta metsäteolli- suusintegraatissa käsittelevän diplomityön taustat ja tavoitteet, työn rajaus sekä työn toteu- tus. Työn rajauksessa määritellään työssä tarkasteltavat jännitetasot sekä sähkönjakeluver- kon laitteet.

1.1 Taustat ja tavoitteet

Prosessiteollisuuden tehtaissa sähkönjakeluverkkoa pidetään usein toissijaisena järjestel- mänä, sillä sähkönjakeluverkko harvoin rajoittaa tehtaan tuotantokapasiteettia. Sähkönja- keluverkkoon tehtäviä investointeja tehdään lähinnä vain tuotannon korvaus- tai laajen- nusinvestointien myötä. Sähkönjakelun häiriöt ja viat kuitenkin voivat aiheuttaa pitkiäkin tuotantokatkoja, joita pyritään välttämään taloudellisten menetysten vuoksi. Tehtaiden tuo- tannon maksimoimiseksi tuotantoprosessin osakokonaisuuksilta edellytetään korkeaa käyt- tövarmuutta.

Stora Enson Imatran tehtaiden kahden tehdasyksikön sähkönjakeluverkkojen luotettavuu- teen halutaan perehtyä luotettavuuden näkökulmasta tulevia investointeja silmällä pitäen.

Imatran tehtaiden sähkönjakeluverkko on säteittäinen teollisuusverkko, joka kytkeytyy val- takunnan verkkoon kahdessa pisteessä. Imatran tehtaiden tehdasyksiköiden sähkönjakelu- verkkoja on kehitetty investointien myötä, mutta verkoissa on myös ikääntyneitä laitteita, joiden uusimiseen tulee kiinnittää huomiota sähkönjakelun luotettavuuden näkökulmasta.

Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia Kaukopään ja Tainionkosken tehdasalueiden säh- könjakeluverkon nykytilan luotettavuutta ja tarjota ajantasainen selvitys verkon tilasta luo- tettavuuden parannusinvestointien todellisen hyödyn arvioimiseksi. Työssä esitetään laite- kohtaisia esimerkkejä luotettavuuden ja käyttöturvallisuuden parantamiseksi. Luotetta- vuusanalyysien pohjana on käytetty sähkönjakeluverkkojen laitteista kerättyä vikadataa, jonka pohjalta laitteille on määritetty vikataajuudet ja toimintavarmuudet.

1.2 Työn rajaus

Työssä tutkitaan Imatran tehtaiden kahden tehdasyksikön sähkönjakeluverkkojen luotetta- vuutta erillisinä kokonaisuuksina. Työ rajataan koskemaan tehdasyksiköiden suur- ja kes- kijänniteverkkoja 110 kV ja 10 kV portaissa. Työn laajuudessa huomioidaan seuraavat ja- keluverkkojen laitteet:

 päämuuntajat

 generaattorimuuntajat

 jakelumuuntajat

 suurjännitekytkinlaitokset o katkaisijat

o releet

 keskijännitekytkinlaitokset o katkaisijat

o releet

 kompensointilaitteistot

Sähkönjakeluverkkojen kokonaisuutta tutkittaessa rajauksiksi muodostuvat suurjännitekyt- kinlaitoksien liitännät valtakunnan verkkoon sekä toisessa päässä yläjännitepuoleltaan 10 kV muuntajien liitynnät alempiin jänniteportaisiin. Muita sähkönjakeluverkkoon liitty- viä laitteita ja niiden luotettavuutta ei tutkita tässä työssä. Työn painopiste on pää-, gene- raattori ja jakelumuuntajissa.

1.3 Työn toteutus

Työn ensimmäisessä vaiheessa perehdyttiin sähköverkkojen luotettavuuteen käsitteiden ja luotettavuuslaskennan mallien pohjalta. Yleisimmät käsitteet ja tunnusluvut saatiin kun- nossapitoon olennaisesti liittyvistä kansallisista standardeista. Työn ensimmäisessä vai- heessa perehdyttiin myös luotettavuuden analysointiin ja luotettavuuden kustannusvaiku- tuksiin sekä esitettiin kunnossapitotoiminnan vaikutuksia luotettavuuteen. Lisäksi kirjalli- suudesta etsittiin yleisimpiä vikaantumismalleja laitteistoille sekä laitteiden vikataajuuksia.

Toisessa vaiheessa esitettiin teollisuuden sähkönjakeluverkkojen perustietoja ja tärkeimpiä laitteita. Laitteet esitettiin työssä tehtyjen rajausten pohjalta. Myös teollisuusverkkoja kos- keva ajantasainen lainsäädäntö esitettiin työn toisessa vaiheessa. Lisäksi laitteille esitettiin yleisimpiä kunnossapidon kunnonvalvontatoimenpiteitä, joiden avulla laitteiden toiminnas- ta voidaan varmistua.

Teollisuuden sähkönjakeluverkkojen teoriaosuuden jälkeen perehdyttiin tutkittavan suur- ja keskijännitejakeluverkkoon sekä niiden kunnossapitoon tehtaalta löytyvien kirjallisten ja sähköisten lähdemateriaalien avulla. Lisäksi järjestelmiin perehdyttiin kiertämällä tehdas- alueella tärkeimmissä sähkönjakeluverkkojen laitetiloissa. Kierroksilta saatujen tietojen perusteella täydennettiin kirjallisista lähteistä saatuja tietoja. Lisäksi sähkönjakeluverkon kunnossapidosta vastaavia henkilöitä haastateltiin useasti.

Järjestelmäkartoituksen jälkeen analysoitiin tehdastietojärjestelmästä saatua laitekohtaista vikadataa, jonka avulla määritettiin todelliset vikataajuudet ja toimintavarmuudet sähkön- jakeluverkon laitteille. Luotettavuutta analysoitiin vikahistorian lisäksi myös luotettavuus- lohkokaavion avulla. Luotettavuuden kustannusvaikutuksia esitettiin yksittäisen konelinjan esimerkkitapauksessa. Lisäksi esitettiin luotettavuutta parantavia toimenpiteitä ja arvioitiin niiden vaikutuksia vikataajuuksiin.

Lopuksi luotiin laitekohtainen kehittämismalli sähköverkon luotettavuuden parantamiseksi ja ylläpitämiseksi sekä investointipäätösten tueksi. Muuntajille esitettiin huolto- ja kun- nonvalvontasuunnitelma sekä uusimisinvestointisuunnitelma. Muille laitteille esitettiin uu- simiseen sekä kunnossapitoon liittyviä suunnitelmia. Kehittämismallissa esitettiin myös korjausehdotuksia nykyisen ennakkohuolto-ohjelman ja kunnossapidon tietojärjestelmän häiriökirjausten kehittämiseksi.

2. STORA ENSON IMATRAN TEHTAAT

Stora Enso Oyj on metsäteollisuusyritys, joka on johtava uusiutuvien ratkaisujen tarjoaja pakkausmateriaaleissa, biomateriaaleissa, puutuotteissa ja paperissa. Yritys toimii maail- manlaajuisilla markkinoilla ja sillä on 35 maassa noin 25 000 työntekijää, joista Suomessa työskentelee 6600 henkilöä. Stora Enson tehtaiden vuotuinen yhteenlaskettu tuotantokapa- siteetti on 5,8 Mt kemiallista sellua, 5,5 Mt paperia, 4,6 Mt kartonkia, 1,3 mrd. m² aalto- pahvia sekä 5,4 Mm³ sahatavaraa. Vuonna 2016 Stora Enson liikevaihto oli 9,8 mrd. €, jos- ta operatiivinen liikevoitto oli 884 M€. Yritys on noteerattu Helsingin ja Tukholman NASDAQ OMX-pörsseissä, ja sen pääkonttori sijaitsee Helsingissä. (Stora Enso Oyj, 2016)

2.1 Imatran tehtaat

Stora Enson Imatran tehtaat koostuvat Tainionkosken ja Kaukopään tehdasyksiköistä, jotka sijaitsevat noin viiden kilometrin päässä toisistaan. Imatran tehtaat on maailman suurin nestepakkauskartongin valmistaja, Stora Enson suurin tehdas sekä yksi Euroopan suurim- mista metsäteollisuusintegraateista. Imatran tehtailla työskentelee noin tuhat työntekijää.

Tehtaiden kunnossapidon suunnittelusta ja toteutuksesta vastaa Efora Oy, joka on kunnos- sapitoon erikoistunut Stora Enson tytäryhtiö. Eforalla on Imatran tehtailla noin 270 työnte- kijää. (Stora Enso Oyj, 2016)

Imatran tehtaiden yksiköiden yhteenlaskettu kapasiteetti on nykyisin yli miljoona tonnia kartonkia ja paperia vuodessa. Tehtailla valmistetaan nestepakkaus- ja elintarvikekartonke- ja, pakkauskartonkeja sekä graafisia kartonkeja. Lisäksi tehtailla valmistetaan pakkauspa- pereita. Kartongin ja paperin tuotannossa tarvittava valkaistu sellu sekä kemihierre valmis- tetaan Kaukopäässä ja valkaisematon sellu Tainionkoskella. Tehtailla työskennellään kes- keytymättömästi kolmessa vuorossa. Kaukopään tehdasyksikkö on esitetty kuvassa 2.1.

(Stora Enso Oyj, 2016)

Kuva 2.1 Stora Enso Oyj:n Kaukopään tehdasalueen opaskartta selitteineen. (Stora Enso Oyj, 2016)

Kaukopään tehtaan puuraaka-aineen käsittelystä vastaa kaksilinjainen Kaukopään kuorimo, jossa valmistetaan haketta kuitulinjojen raaka-aineeksi. Kaukopään tehtaalla valmistetaan valkaistua sellua kahdella kuitulinjalla, joissa molemmissa keitto tapahtuu jatkuvatoimise- na. Kuitulinja 2:lla valmistetaan valkaistua havusellua ja kuitulinja 3:lla valmistetaan val- kaistua lehtipuusellua. Kuitulinjojen sellut pumpataan kartonki- ja paperikoneille sekä osa sellusta kuivataan kuivauskoneella. Lisäksi alueella sijaitsevalla CTMP-laitoksella valmis- tetaan kuusihakkeesta kemihierrettä. (Stora Enso Oyj, 2016)

Kartonkikoneet 1, 2 ja 4 sekä paperikone 6 sijaitsevat Kaukopäässä. Kartonkikone 1:llä valmistetaan elintarvike- ja nestepakkauskartonkeja täysvalkaistusta lehtipuusellusta. Kar- tonkikone 2:lla valmistetaan graafisia kartonkeja, elintarvikepakkauskartonkeja sekä neste- pakkauskartonkeja ja se käyttää raaka-aineenaan täysvalkaistua lehti- ja havupuusellua se- kä elintarvikepakkaussovellutuksissa runkokerroksessa käytetään lisäksi valkaistua CTMP- massaa. Kartonkikone 4:llä valmistetaan nestepakkauskartonkeja täysvalkaistusta lehti- ja havupuusellusta ja valkaistusta CTMP:stä. Paperikone 6:lla valmistetaan päällystettyjä puuvapaita hienopapereita täysvalkaistusta havu- ja lehtipuusellusta. Päällystettyjen paperi-

ja kartonkilaatujen tarvitsemat pastat valmistetaan pastakeittämöllä. Lisäksi alueella on päällystystehdas, jossa on kolme kartongin päällystykseen tarkoitettua muovipäällystys- konetta, joiden päällystyskapasiteetti on 275 000 t/a. Kaukopäähän on rakenteilla uusi PE- päällystyslinja, joka valmistuu vuoden 2017 viimeisellä vuosineljänneksellä. (Stora Enso Oyj, 2016)

Kaukopään voimalaitoksen talteenotto- ja lipeälinja käsittää kaksi haihduttamoa, mäntyöl- jykeittämön, kaksi soodakattilaa, kaustisointilaitoksen, kaksi meesauunia ja kaksi hajukaa- sujen keräily- ja polttojärjestelmää. Haihduttamoilla väkevöity mustalipeä poltetaan kah- dessa soodakattilassa. Soodakattila 5:n polttokapasiteetti on 190 MW ja soodakattila 6:n polttokapasiteetti 400 MW. Voimalaitoksella sijaitsee lisäksi yksi 267 MW kuorikattila, yksi 110 MW kaasukattila sekä kolme 50 MW kaasukattilaa. Tehtaalla käytetystä sähköstä noin 60 % tehdään kahdella väliotto- ja vastapaineturbiinilla. Turbiini 6:n nimellisteho on 64 MW ja turbiini 7:n nimellisteho 91,4 MW. (Stora Enso Oyj, 2016)

Kaukopään tehdasalueella sijaitsee myös jätevedenpuhdistamo sekä useita konttori-, kor- jaamo- ja varastorakennuksia. Kaukopään ja Tainionkosken tehdasalueiden välillä on pro- sessilipeiden ja -höyryjen siirtoon tarkoitettu viisi kilometriä pitkä putkilinjasto, Vuoksen satama sekä puuraaka-aineen varastointiin tarkoitettu puukenttä-alue. Kuvassa 2.2 on esi- tetty Tainionkosken tehdasyksikön kartta. (Stora Enso Oyj, 2016)

Kuva 2.2 Stora Enso Oyj:n Tainionkosken tehdasalueen opaskartta selitteineen. (Stora Enso Oyj, 2016)

Tainionkosken kuorimolla tehdään mänty- ja kuusihaketta Tainionkosken kuitulinjalle ja kuusihaketta Kaukopään CTMP-laitokselle. Tainionkosken kuitulinjalla valmistetaan erä- keittomenetelmällä valkaisematonta sellua, joka pumpataan kartonkikone 5:lle ja paperi- kone 7:lle. (Stora Enso Oyj, 2016)

Kartonkikone 5:llä valmistetaan päällystettyä sekä päällystämätöntä kolmikerrosnestepak- kauskartonkia, jonka pääraaka-aineena on Tainionkosken kuitulinjan valkaisematon sellu.

Pintakerroksiin käytetään Kaukopään valkaistua sellua, joka pulpperoidaan Tainionkosken pulpperiasemalla. Imukykyisiä erikoisvoimapapereita tuottava paperikone 7 on vuokrattu Kotkamills Oy-metsäteollisuusyhtiölle. Imatran tehtaiden molempien tehdasyksiköiden tuotantokapasiteetit vuodelta 2016 on esitetty taulukossa 2.1. (Stora Enso Oyj, 2016)

Taulukko 2.1 Stora Enso Oyj:n Imatran tehtaiden tuotteet kapasiteetteineen vuonna 2016. (Stora Enso Oyj, 2016)

Tuote Kapasiteetti [t/a]

Valkaistu havupuusellu 250 000

Valkaistu lehtipuusellu 650 000

Valkaisematon sellu 200 000

CTMP 200 000

Massat yhteensä 1 300 000

Kartonki 1 020 000

Hienopaperi 90 000

Kartonki ja paperi yhteensä 1 110 000

Imatran tehtaiden tuotannosta menee vientiin yli 90 % ja tärkein markkina-alue on Eu- rooppa. Länsi-Eurooppaan vietiin 45,8 % ja Itä-Eurooppaan 18 % tuotannosta vuonna 2015. Lisäksi merkittävät markkinat ovat Kaakkois-Aasiassa, jonne vuonna 2015 vietiin 19,1 % tuotannosta. (Stora Enso Oyj, 2016)

Imatran tehtaita kehitetään jatkuvasti ja merkittävimmät vuosittaiset investoinnit viimei- simmän kolmenkymmenen vuoden ajanjaksolla ovat olleet noin 200 M€. Keskimäärin vuosittaisiin investointeihin on käytetty 40 M€. Vuonna 2017 käynnissä olevia investointe- ja ovat uuden päällystyskoneen ja automaattivaraston rakentaminen Kaukopäähän sekä Tainionkosken kartonkikoneen perälaatikon ja sähkökäyttöjen uusiminen. (Stora Enso Oyj, 2016)

3. SÄHKÖNJAKELUVERKKOJEN LUOTETTAVUUS

Luotettavuuden analysointi erilaisia työkaluja käyttäen on sähkönjakelun näkökulmasta tarpeellista tavoiteltaessa luotettavaa ja tehokasta sähkönjakeluratkaisua. Luotettavuutta arvioidaan uusia järjestelmiä rakennettaessa sekä olemassa olevien järjestelmien paranta- mista suunniteltaessa. Sähkönjakeluverkkojen luotettavuus on yleensä korkealla prosessi- teollisuuden laitoksissa, mutta aiheeseen tulee kiinnittää huomiota jakeluverkkojen aiheut- tamien tuotantokatkojen vähentämiseksi. Kappaleessa esitetään luotettavuuden perusteita, yleisimpiä käsitteitä ja tunnuslukuja, luotettavuuden kustannusvaikutuksia sekä kunnossa- pidon luotettavuusvaikutuksia. Kappaleessa käsitellään myös vikaantumisen ja ajan välistä korrelaatiota sekä työssä käsiteltävien laitteiden luotettavuutta ja elinikää.

3.1 Luotettavuuden käsitteitä ja tunnuslukuja

Luotettavuudella tarkoitetaan yleisesti laitteen tai laitteiston kykyä suorittaa tehtävänsä vi- kaantumatta. Luotettavuustekniikka tarkoittaa kaikkia niitä laitteiden ja laitteistojen toteu- tukseen ja analysointiin liittyviä toimenpiteitä, joilla luotettavuutta pyritään parantamaan tai todentamaan kyseisen laitteen tai laitteiston luotettavuuden taso. Luotettavuustekniikan taustat juontavat juurensa sotilastekniikan kehityksen kautta esille tulleille käyttövar- muusongelmille ja nykyisin erilaisia käyttövarmuusvaatimuksia esiintyy esimerkiksi soti- lasteknologian sekä voimalaitostekniikan tilausten ja toiminnan yhteydessä. Luotettavuus- tekniikkaa käytetään myös ratkaisujen optimoinnin osa-alueena. (Aalto, 1997, s. 75)

Luotettavuuden käsitteitä määritellään erilaisissa kunnossapitoon liittyvissä asiakirjoissa ja standardeissa. Sähköalan eurooppalaisista EN-standardeista pääosa perustuu kansainväli- siin IEC-standardeihin ja suomalaiset SFS-EN standardit on määritetty EN-standardien pohjalta. SFS-EN standardit voivat perustua myös eurooppalaisiin CENELEC- standardeihin. Lisäksi prosessiteollisuudessa käytetään kansallisia PSK-Standardisoinnin määrittelemiä PSK-standardeja, joiden kehyksinä käytetään kansainvälisiä ja eurooppalai- sia standardeja (PSK-Standardisointi, 2016). (SFS, 2016)

Luotettavuuden tunnuslukuja voidaan laskea myös erilaisten kirjallisuuslähteiden perus- teella tilastomatemaattisia keinoja hyödyntäen. Seuraavassa on esitetty luotettavuuden

yleiskäsitteitä standardisoinnin pohjalta sekä yleisimpien tunnuslukujen laskentamenetel- miä.

3.1.1 Luotettavuuden käsitteitä

Suomalaiset standardit SFS-EN 13306 sekä PSK 6201 määrittelevät kunnossapidon ter- minologiaa ja niiden tavoitteena on määritellä yleistermistö ja -käsitteistö kaiken tyyppisel- le kunnossapidolle. Seuraavaksi esitellään kunnossapidolle ja luotettavuudelle olennaisia käsitteitä standardien mukaisesti.

Kohde

Kohde on mikä tahansa osa, komponentti, laite, osasysteemi, toiminnallinen yksikkö, vä- lineistö tai järjestelmä jota voidaan tarkastella erikseen. (SFS-EN 13306, 2010, s. 10) Käyttö

Käyttö on yhdistelmä kaikista teknisistä, hallinnollisista ja johtamiseen kuuluvista toimista, poisluettuna kunnossapitoon kuuluvat toiminnot, joiden tuloksen kohde on käynnissä.

(SFS-EN 13306, 2010, s. 10) Kunnossapito

Kunnossapito kattaa kaikki koneen elinjakson aikaiset tekniset, hallinnolliset ja liikkeen- johdolliset toimenpiteet, joiden tarkoituksena on ylläpitää tai palauttaa koneen toimintaky- ky sellaiseksi, että kone pystyy suorittamaan halutun toiminnon. (SFS-EN 13306, 2010, s.

8)

Vaadittu toiminto

Vaadittu toiminto on kohteen toiminto, toimintojen yhdistelmä, tai toiminnallinen kokonai- suus, jotka ovat tarpeellisia vaaditun tehtävän suorittamiseksi. (SFS-EN 13306, 2010, s. 8) Käytettävyys

Käytettävyys tarkoittaa kohteen kykyä olla tilassa, jossa se kykenee tarvittaessa suoritta- maan vaaditun toiminnon tietyissä olosuhteissa olettaen, että vaadittavat ulkoiset resurssit ovat saatavilla. Tämä kyky riippuu toimintavarmuuden, kunnossapidettävyyden, korjatta- vuuden sekä kunnossapitovarmuuden yhteisvaikutuksesta. Käsitettä voidaan käyttää myös

suureena. Luotettavuustarkasteluissa kohteen käytettävyys määritellään todennäköisyydek- si sille, että se kykenee suorittamaan vaaditun toiminnon (PSK 6201, 2011, s. 5). (SFS-EN 13306, 2010, s. 12)

Kokonaiskäytettävyydellä tarkoitetaan käyntiajan suhdetta käyntiajan sekä käytön ja kun- nossapidon seisokkiaikojen summaan. Kyseessä olevaa tunnuslukua voidaan käyttää tuo- tannon kokonaisvaltaiseen kehittämiseen. Massa- ja paperiteollisuudessa tätä tunnuslukua lähinnä on aikahyötysuhde. (PSK 6201, 2011, s. 6)

Käyttövarmuus

Käyttövarmuudella tarkoitetaan kohteen kykyä toimia vaadittaessa vaaditulla tavalla. Käyt- tövarmuuden ominaispiirre sisältää käytettävyyden ja siihen vaikuttavat tekijät kuten toi- mintavarmuuden, korjattavuuden, kunnossapidettävyyden ja kunnossapitovarmuuden.

Käyttövarmuutta on käytetty kuvaamaan tuotteen tai palvelun aikaan liittyviä laatuominai- suuksia. (SFS-EN 13306, 2010, s. 8)

Kunnossapitovarmuus

Kunnossapitovarmuudella tarkoitetaan kunnossapito-organisaation kykyä asettaa käytettä- väksi oikeita tukitoimenpiteitä tarvittavaan paikkaan, jotta vaadittava kunnossapitotoimen- pide voidaan suorittaa vaadittaessa. (SFS-EN 13306, 2010, s. 10)

Toimintavarmuus

Toimintavarmuus on kohteen kyky suorittaa vaadittu toiminto määrätyissä olosuhteissa vaaditun ajanjakson. (SFS-EN 13306, 2010, s. 12)

Luotettavuus

Termiä toimintavarmuus voidaan käyttää luotettavuuden todennäköisyyttä määrää esittä- vänä suureena. (SFS-EN 13306, 2010, s. 12)

Kunnossapidettävyys

Kunnossapidettävyys tarkoittaa kohteen kykyä olla pidettävissä tilassa tai palautettavissa tilaan, jossa se pystyy suorittamaan vaaditun toiminnon määritellyissä käyttöolosuhteissa,

jos kunnossapito suoritetaan määritellyissä olosuhteissa käyttäen vaadittuja menetelmiä ja resursseja. (SFS-EN 13306, 2010, s. 12)

Käyttöaste

Käyttöasteella tarkoitetaan käyttötuntien suhdetta tarkastelujakson vertailtavaan kokonais- aikaan. Käyttötunnit ovat käynti- eli tuotantotuntien sekä käytön- ja kunnossapidon seisok- kien vaatima kokonaisaika. Kokonaisajan pituutena käytetään yleisesti yhden vuoden tun- teja. Käyttöaste kuvaa vaaditun tuotannon määrän vaatimaa aikaa. Massa- ja paperiteolli- suudessa käyntiasteella tarkoitetaan usein edellä esitettyä käyttöastetta. (PSK 6201, 2011, s. 4)

Vika

Vialla tarkoitetaan tilaa, jossa kohde ei kykene suorittamaan vaadittua toimintoa pois luki- en ehkäisevän kunnossapidon tai jonkin muun suunnitellun toimenpiteen tai ulkoisten re- surssien puutteesta johtuvan toimintakyvyttömyyden takia. Vika on tavallisesti vikaantu- misen seuraus, mutta jossain olosuhteissa vika voi olla olemassa jo aikaisemmin. (SFS-EN 13306, 2010, s. 18)

Vikataajuus

Vikataajuus tarkoittaa määrättynä ajanjaksona kohteessa ilmenneiden vikojen määrää suh- teessa ajanjaksoon. (SFS-EN 13306, 2010, s. 14)

Vikaväli

Vikavälillä tarkoitetaan kahden peräkkäisen vian välistä ajanjaksoa. (SFS-EN 13306, 2010, s. 30)

Elinkaari

Elinkaarella tarkoitetaan vaiheita, jotka kohde käy läpi alkaen määrittelystä ja päättyen käytöstä hävittämiseen. (SFS-EN 13306, 2010, s. 14)

Hyödyllinen käyttöikä

Hyödyllisellä käyttöiällä tarkoitetaan määritellyissä olosuhteissa ajanjaksoa, joka alkaa käyttöönotosta ja päättyy siihen, kun vikataajuus ei ole enää hyväksyttävissä tai kun kohde

voidaan todeta korjauskelvottomaksi. Hyödyllinen käyttöikä voi päättyä teknisten seikko- jen lisäksi myös taloudellisista, ympäristöllisistä tai turvallisuussyistä. (PSK 6201, 2011, s.

12)

Varhaisvikataajuusjakso

Varhaisvikataajuusjaksolla tarkoitetaan kohteen elinjakson alkuun sijoittuvaa vaihetta, jol- loin korjauskelpoisten kohteiden hetkellinen vikatiheys tai korjauskelvottomien kohteiden hetkellinen vikataajuus ajan suhteen on merkittävästi suurempi kuin sitä seuraavilla ajan- jaksoilla. (SFS-EN 13306, 2010, s. 30)

Vakiovikataajuusjakso

Vakiovikataajuusjakso on kohteen elinjakson vaihe, jolloin korjauskelpoisten kohteiden hetkellinen vikataajuus, tai korjauskelvottomien kohteiden hetkellinen vikataajuus ajan suhteen pysyy suurin piirtein vakiona. (SFS-EN 13306, 2010, s. 30)

Loppuunkulumisjakso

Loppuunkulumisjakso on kohteen elinjakson loppuun sijoittuva vaihe, jolloin korjauskel- poisten kohteiden hetkellinen vikataajuus tai korjauskelvottomien kohteiden hetkellinen vikataajuus ajan suhteen lisääntyy merkittävästi. (SFS-EN 13306, 2010, s. 30)

3.1.2 Luotettavuuden tunnuslukuja

Luotettavuuden tunnuslukujen laskenta perustuu tilastomatemaattiseen laskentaan, kuten seuraavien esimerkkien avulla huomataan. Teollisuusverkoilla luotettavuuden tunnuslu- kuina käytetään yleisesti vikakertymää, toimintavarmuutta, vikatiheyttä sekä vikataajuutta (Aalto, 1997, s. 79-80). Seuraavaksi esitellään luotettavuuden yleisimpiä tunnuslukuja.

Vikakertymä

Laitteen vikaantumistodennäköisyyden voidaan olettaa kasvavan käyttöajan t kasvaessa Vikakertymällä F(t) tarkoitetaan vikaantumisajan todennäköisyysjakauman kertymäfunk- tiota ja se voidaan laskea yhtälön (3.1) mukaisesti. (Allan & Billington, 1983, s. 125)

𝐹(𝑡) = ∫ 𝑓(𝑡)𝑑𝑡₀^𝑡 (3.1)

Toimintavarmuus

Toimintavarmuus R(t) on todennäköisyys sille, että yksilö toimii vaaditun ajan vioittumatta tietyissä olosuhteissa. Toimintavarmuus voidaan määritellä vikakertymän F(t) avulla yhtä- lön (3.2) mukaisesti. (Aalto, 1997, s. 79)

𝑅(𝑡) = 1 − 𝐹(𝑡) (3.2)

Toimintavarmuus voidaan määritellä myös todennäköisyytenä (PSK 6201, 2011, s. 7).

Vikatiheys

Vikatiheydellä f(t) tarkoitetaan vikakertymän F(t) aikaderivaattaa. Vikatiheys määritellään yhtälön (3.3) mukaisesti. (Aalto, 1997, s. 79)

𝑓(𝑡) =^{𝑑𝐹(𝑡)}_𝑑𝑡 (3.3)

Vikataajuus eli vikaintensiteetti

Vikataajuutta λ(t) voidaan käyttää tarkasteltavan kohteen toimintavarmuuden mittana. Vi- kataajuus on riippuvainen vikatiheydestä f(t) ja toimintavarmuudesta R(t) yhtälön (3.4) mukaisesti. (Aalto, 1997, s. 80)

𝜆(𝑡) =^𝑓(𝑡)_𝑅(𝑡) (3.4)

Eksponenttijakauma

Luotettavuustietojen kerääminen voi viedä vuosikymmeniä ja kerätty data saattaa sisältää virheitä raportointipuutteista johtuen. Tämän vuoksi eksponenttijakauman käyttö luotetta- vuusarvioinnissa on muodostunut yleiseksi käytännöksi. Eksponenttijakauma soveltuu käyttökauden vikojen ennustamiseen (Saarnio, 2011, s. 26). Eksponenttijakauman tapauk- sessa vikataajuus on vakio, joten yhtälössä (3.2) esitetty toimintavarmuus R(t) saa yhtälös- sä (3.5) esitetyn muodon (Allan & Billington, 1983, s. 150).

𝑅(𝑡) = 𝑒^−𝜆𝑡 (3.5)

Yhtälössä (3.3) esitetty vikatiheys f(t) voidaan kirjoittaa yhtälössä (3.6) esitettyyn muotoon (Allan & Billington, 1983, s. 150).

𝑓(𝑡) =^{−𝑑𝑅(𝑡)}_𝑑𝑡 = 𝜆𝑒^−𝜆𝑡 (3.6)

Sijoittamalla edellä esitetyt yhtälöt (3.5) ja (3.6) yhtälöön (3.7) saadaan ratkaistua vikataa- juus λ.

𝜆(𝑡) =^𝑓(𝑡)_𝑅(𝑡)=^𝜆𝑒_{𝑒−𝜆𝑡}^−𝜆𝑡= 𝜆 (3.7)

Vikaantumisaikaväli

Keskimääräinen vikaantumisaikaväli MTBF (Mean Time Between Failures) voidaan mää- ritellä odotusarvona vikatiheysfunktiolle. Eksponenttijakaumaa käytettäessä MTBF saa- daan laskettua yhtälön (3.8) mukaisesti. (Busse, et al., 2015, s. 3)

𝑀𝑇𝐵𝐹 = ∫ 𝑒₀^{∞ −𝜆𝑡}=¹_𝜆 (3.8)

3.2 Luotettavuuden osatekijät

Luotettavuuden osatekijät on määritelty standardeissa SFS-EN 13306 ja SFS-IEC 60050 (191). Luotettavuus on osakäsite, jota käytetään kuvaamaan käyttövarmuutta ja sen kvanti- tatiivista mittaria käytettävyyttä sekä siihen läheisesti liittyviä ominaisuuksia, kun ei tar- koiteta mitään ominaisuutta erityisesti. Toimintavarmuus, kunnossapidettävyys ja kunnos- sapitovarmuus muodostavat kohteen käytettävyyden ja täten luotettavuuden kuvan 3.1 mu- kaisesti. Aikaan perustuvaa käyttövarmuutta ja luotettavuutta verrattaessa tulee huomioida käsitteiden eroavaisuudet, vaikka niiden määritelmät ovat hyvin lähellä toisiaan ja ne esite- tään usein jopa synonyymeinä (Leiviskä, 2009, s. 279). (Kortelainen, 1999, s. 4)

Kuva 3.1 Luotettavuuden osatekijät. (Kortelainen, 1999, s. 4)

Toimintavarmuus koostuu laitteen suunnittelusta, konstruktiosta, asennuksesta, huollosta, käytöstä ja varmennuksesta. Suunnittelu koostuu suunnittelun lähtötiedoista, materiaaleista ja mitoituksesta. Konstruktio pitää sisällään laitteen rakenteellisen kunnossapidettävyyden.

Asennus kattaa fyysisen asennuksen lisäksi huoltosuunnitelmat, dokumentoinnin, luovu- tuksen ja käyttöopastuksen. Huolto sisältää ehkäisevän kunnossapidon sekä huoltojen to- teutuksen. Käyttöön sisältyy fyysinen kykeneminen, koulutus ja motivaatio. Varmennuk- seen liittyy saatavuus ja toteutusmetodiikka. Toimintavarmuuden mittarina voidaan käyttää vikaväliä ja toimintatodennäköisyyttä. (Leiviskä, 2009, s. 254) (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 36)

Kunnossapidettävyys voidaan jakaa vian havaittavuuteen, huollettavuuteen ja korjattavuu- teen. Vian havaittavuus sisältää laitteen vikadiagnosoinnin ja vian tunnistuksen, testauksen, instrumentoinnin ja muun kunnonvalvonnan. Huollettavuus koostuu laitteiston standar- dinmukaisesta toteutuksesta, modulaarisuudesta ja luoksepäästävyydestä. Korjattavuuteen vaikuttavat dokumentointi, varaosat, kohteeseen päästävyys ja purkutoimenpiteet, standar- dityökalujen sopivuus, kokoaminen, testaus, säätäminen ja turvallisuus sekä raportointi.

Kunnossapidettävyyden mittarina käytetään korjausaikaa. (Leiviskä, 2009, s. 255) (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 37)

Kunnossapitovarmuus koostuu hallinnosta, rutiineista, yhteistyöstä, dokumentoinneista, työkaluista, varaosista ja materiaaleista sekä henkilökunnasta. Hallinto sisältää organisaati- on henkilöineen, ohjausjärjestelmät sekä kunnossapidon toiminnanohjausjärjestelmän. Ru- tiinit ja yhteistyö koostuvat toimintaohjeista, yhteistyöstä käytön ja kunnossapidon välillä

sekä toimivasta toimittajayhteistyöstä. Dokumentointi pitää sisällään ohjeet ja piirustukset sekä niiden saatavuuden ja ajantasaisuuden. Työkalut pitävät sisällään työssä tarvittavien työkalujen lisäksi apulaitteiden ja erikoistyökalujen saatavuuden. Varaosat ja materiaalit sisältävät pelkkien varaosien ja materiaalien lisäksi niiden saatavuuden, varastoinnin ja hankinnan. Henkilöstö sisältää kunnossapito- ja käyttöhenkilökunnan määrän, saatavuu- den, osaamisen ja koulutuksen sekä motivaation. Kunnossapitovarmuuden mittarina käyte- tään logistista viivettä. (Leiviskä, 2009, s. 256-257) (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 38- 39)

Käyttövarmuutta voidaan parantaa pidentämällä vikaantumisväliä tai lyhentämällä korja- usaikaa. Molempiin voidaan vaikuttaa kunnossapito- ja kunnonvalvontatoimenpiteiden se- kä mahdollisten laitteistoinvestointien avulla. Esimerkiksi uusimalla kartonkikoneen van- hentunut sähköjärjestelmä voidaan saavuttaa 0,3 % käyttövarmuusparannus, joka vastaa vuorokauden tuotantoaikalisäystä vuositasolla (Kortelainen, 2004, s. 11).

3.3 Luotettavuuden ja käyttövarmuuden analysointi

Laitteiston käyttövarmuuden ja luotettavuuden analysoinnilla päästään käsiksi parantamis- ta ja kehittämistä kaipaaviin tekijöihin ja toimintoihin (Aalto, 1997, s. 16). Luotettavuutta voidaan tutkia erilaisten menetelmien avulla, joista yleisimmät ovat luotettavuuslohkokaa- vio ja vikapuu. Luotettavuuslohkokaaviossa esitetään järjestelmän laitteiden kytkentä toi- minnan luotettavuuden kannalta. Vikapuu on looginen kaavio, joka esittää järjestelmän vioittumisen riippuvuutta sen osien vioittumisesta. Luotettavuutta voidaan mallintaa myös luotettavuuden tunnuslukujen avulla ja esimerkiksi tuotannon kokonaistehokkuuden käy- tettävyyskerroin antaa hyvän kuvan laitteiston luotettavuudesta (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 40). Lisäksi laitteistolle voidaan muodostaa käyttövarmuusmalleja, jotka yhdistä- vät luotettavuuslohkokaaviot vikaantumis- ja korjausaikatietoihin (Holmberg, 1999, s. 8).

(Aalto, 1997, s. 81)

Käyttövarmuusmallin keskeinen osa on luotettavuustekninen rakenteen malli, johon käy- tettävyyden laskenta perustuu. Luotettavuustekninen rakenne ottaa huomioon yksittäisten toimintojen kriittisyyden kokonaistoiminnon kannalta. Järjestelmän toiminta kuvataan vir- tauksena luotettavuuslohkokaaviossa kuvan 3.2 mukaisesti. (Holmberg, 1999, s. 9)

Kuva 3.2 Hierarkkisen luotettavuusteknisen lohkokaavion muodostuminen: Kokonaistoiminto voidaan jakaa päätoimintoihin, jotka voidaan jakaa osatoimintoihin, joiden luotettavuutta tutkitaan. (Holmberg, 1999, s. 10)

Kuvan mukaisesti kokonaistoiminto voidaan jakaa päätoimintoihin, jotka voidaan puoles- taan jakaa osatoimintoihin, joiden luotettavuuteen perehdytään käytettävyyden avulla. Luo- tettavuusteknisen rakenteen alin hierarkiataso on osajärjestelmän toiminnon toteuttavista laitteista muodostuva luotettavuustekninen rakenne. Luotettavuustekninen rakenne muut- tuu käyttövarmuusmalliksi, kun alimman hierarkiatason kohteiden käytettävyydet voidaan laskea. Tätä varten on tiedettävä vikaantuvien laitteiden vikamuodot ja niihin liittyvät vika- sekä korjausajat. Käytettävyyden laskenta perustuu toteutuneen ja suunnitellun tuotanto- ajan vertaamiseen ja siihen voidaan soveltaa esimerkiksi kappaleessa 3.1.1 esitettyä käyt- töastetta. (Holmberg, 1999, s. 10, 12)

Yksittäisen laitteen tai osatoiminnon vikaantuminen ei aina välttämättä aiheuta vastaavan järjestelmätason toiminnan keskeytymistä. Mikäli käytettävyyden kriteeri on esimerkiksi sellun jatkuva tuotanto, ei lyhytaikainen hakkeen syöttöpumpun vikaantuminen laske sel- luntuotannon käytettävyyttä, vaikka pumpun käytettävyys alenee vian seurauksena. Lait- teille lasketuista käytettävyyksistä ei välttämättä voida suoraan päätellä tuotantolinjan käy- tettävyyttä, vaan järjestelmän rakenne tulee tuntea kokonaiskäytettävyyden määrittelemi- seksi. Toisaalta sähkönjakeluverkon laitteet ovat usein toteutettu varmentamalla vain pää- muuntajat ja kojeistojen väliset kaapeliyhteydet (Etto, 1998b, s. 3), joten usein yksittäisten

sähkölaitteiden viat vaikuttavat kyseisen jakeluverkon osan ja sen syöttämän prosessin ko- konaiskäytettävyyteen ja täten käyttövarmuuteen. (Kortelainen, 1999, s. 14)

Valitusta käyttövarmuuden laskentaperiaatteesta riippuen viat voidaan jakaa kriittisiin ja ei-kriittisiin vikoihin. Kriittiset viat estävät toiminnon toteutumisen ja alentavat järjestel- män käytettävyyttä. Ei-kriittiset viat eivät aiheuta järjestelmälle täydellistä toimintakelvot- tomuutta, mutta voivat vaikuttaa tuotannon määrään tai laatuun. Ei-kriittiset viat eivät yleensä vaadi välitöntä korjausta, joten niiden vaikutukset järjestelmän käytettävyyteen riippuvat käytetyistä laskentaperusteista. (Holmberg, 1999, s. 13)

Käyttövarmuusmallin avulla laajaa järjestelmää voidaan tarkastella kokonaisuutena, josta voidaan paikallistaa eniten järjestelmän käytettävyyttä heikentävät osajärjestelmät ja lait- teistot. Mallin avulla voidaan helposti vertailla eri parannusvaihtoehtojen vaikutuksia jär- jestelmän käytettävyyteen ja siten kohdistaa rajalliset resurssit mahdollisimman tehokkaas- ti. Käyttövarmuusmalli soveltuu päätöksenteon tueksi ja tiedonsiirron apuvälineeksi suun- nittelijoiden, käyttäjien ja laitetoimittajien välille. (Holmberg, 1999, s. 17-18)

3.4 Luotettavuuden kustannusvaikutukset

Teknisen järjestelmän käyttövarmuudella on taloudellinen optimiarvo, josta poikkeaminen merkitsee kokonaiskustannusten kasvua kuvan 3.3 mukaisesti. Taloudellinen optimiarvo riippuu järjestelmän ominaisuuksista sekä kokonaisuudesta, johon se liittyy. Optimin mää- rittäminen ja järjestelmän käytön aikana siihen pyrkiminen on taloudellisesti tärkeää sekä laitteen valmistajalle että järjestelmän käyttäjälle. (Aalto, 1997, s. 75)

Kuva 3.3 Verkon kokonaiskustannusten minimin muodostuminen verkon käyttövarmuuden funktiona, ver- kon rakennuskustannusten ja keskeytyskustannusten muuttuessa. (Laine, 2005, s. 16)

Käyttövarmuuden voidaan nähdä parantuvan investointikustannuksien nousun myötä. Kui- tenkin kokonaiskustannusten minimi saavutetaan keskeytyksistä aiheutuvien haittakustan- nusten ja rakennuskustannusten käyrien leikatessa. Kokonaiskustannusten minimiarvoa tulee tavoitella etenkin uusia järjestelmiä suunniteltaessa, kuitenkin huomioiden järjestel- mälle asetetut luotettavuusvaatimukset.

Luotettavuuden taloudelliset vaikutukset saadaan esille parhaiten vertailemalla arvioitua luotettavuutta laskettuun luotettavuuteen. Luotettavuutta voidaan arvioida elinjakson ko- konaiskustannusanalyysin avulla. Kyseinen analyysi ottaa huomioon järjestelmän todelliset kokonaiskustannukset mukaan lukien vikojen aiheuttamat korjaus- ja tuotannonmenetys- kustannukset. Analyysiä voidaan käyttää laajempien kokonaisuuksien lisäksi myös laiteta- son valintoja tehtäessä. (Aalto, 1997, s. 76)

Tuotantojärjestelmiin sitoutunut pääoma ja kiinteät kustannukset aiheuttavat jatkuvia kus- tannuksia laitoksen toiminnasta riippumatta. Laitoksen kannattavuutta ajatellen vikaantu- misen tai muiden häiriöiden aiheuttaman suunnittelemattoman ja suunnitellun tuotantokat- kon eli seisokin kustannusvaikutus on lähes sama, sillä seisokkien vuoksi menetetyn tuo- tannon arvo aikayksikössä on suuri verrattuna kunnossapidosta aiheutuneisiin kustannuk- siin. (Kortelainen, 1999, s. 11)

3.4.1 Luotettavuuden kustannusvaikutukset massa- ja paperiteollisuudessa

Massa- ja paperiteollisuuden laitoksissa, joissa keskeytyksistä aiheutuvat kustannukset ovat suuria, pyritään laitteita ajamaan mahdollisimman suurella käyttöasteella ja välttä- mään suunnittelemattomia seisokkeja. Yksittäisten laitteiden aiheuttamat tuotantokatkot voivat aiheuttaa korkeita kustannuksia menetetyn tuotannon myötä. Hyvän laitteiden luo- tettavuuden avulla saavutetaan korkea käyttöaste, jolloin päästään suuriin tuotantomääriin ja täten korkeampaan tuottavuuteen. Esimerkiksi vuonna 1986 Norjalaisessa Mossin teh- dasintegraatissa vuositasolla menetetty 1 % käyttöasteessa merkitsi noin 200 000 $ häviötä tarkasteltaessa tuotantomäärien kautta menetettyä tuottoa (Aromaa & Klarin, 1999, s. 406).

Tuotantomäärien ja luotettavuuden välistä riippuvuutta on esitetty kuvassa 3.4.

Kuva 3.4 Hyvän ja heikon luotettavuuden vaikutus teollisuuslaitoksen tuotantolinjan tuotantomääriin. Ku- vassa käyntijakso on merkitty kirjainyhdistelmällä OT ja korjausjakso kirjainyhdistelmällä DT.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 98)

Kun laitteiden luotettavuus on korkealla tasolla, käyntijaksot ovat pitkiä ja nopeudet kor- keita kuvan hyvän luotettavuuden kuvaajan mukaisesti. Kyseisessä kuvaajassa nähdään käyntijaksojen kulmakertoimen olevan suuri jolloin korkea tuotantomäärä saavutetaan ly- hyellä aikavälillä. Huomataan myös korjausjaksojen olevan lyhyitä, joka kertoo osaltaan tehokkaasta ja suunnitellusta kunnossapidosta. Heikon luotettavuuden kuvaajasta nähdään käyntijaksojen kulmakertoimien olevan pieniä, jolloin korkeiden tuotantomäärien saavut- tamiseksi vaaditaan enemmän tuotantoaikaa. Lisäksi korjausjaksoja on runsaammin ja nii-

den kestot ovat pidempiä. Hyvällä luotettavuudella on siis suuri vaikutus tuotantomääriin ja täten myös kustannuksiin. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 98)

3.4.2 Sähkönjakelun keskeytyksistä aiheutuneen haitan kustannukset

Sähkönjakelun keskeytyskustannukset eli keskeytyksistä aiheutunut haitta lasketaan vuosi- tasolla keskeytysmäärien, keskeytysaikojen ja keskeytysajankohtien sekä keskeytystehojen ja keskeytysten yksikköhintojen avulla. Asiakkaat kokevat asiakasryhmästä riippuen haitat hieman eri tavalla, joten asiakkaille aiheutuvia kustannuksia voidaan arvioida asiakasryh- mäkohtaisesti, kuten esimerkiksi Energiaviraston sähkön kantaverkkotoiminnan valvonta- mallissa määritettyjen keskeytysten yksikköhintojen avulla taulukon 3.1 mukaisesti.

(Energiavirasto, 2016, s. 63)

Taulukko 3.1 Sähkönjakelun odottamattomista keskeytyksistä aiheutuneen haitan yksikköhinnat eri kulutus- lajeilla alle sekunnin ja yli sekunnin keskeytyksissä. (Energiavirasto, 2016, s. 64)

Asiakkaan kulutuslaji

Yli 1 s keskeytys [€/kW]

Yli 1 s keskeytys [€/kWh]

Alle 1 s keskeytys [€/kW]

1 Kaivannaistoiminta 0,44 0,27 0,44

2 Paperiteollisuus 2,60 0,23 2,20

3 Kemianteollisuus 2,40 2,00 1,30

4 Metalliteollisuus 2,02 0,98 1,80

5 Liikenne 0,10 0,90 0,00

6 Jakeluverkot, kaupunki 1,90 16,10 1,50

7 Jakeluverkot, maaseutu 1,90 16,10 1,50

Taulukossa verkonhaltijan asiakkaille on määritetty seitsemän eri kulutuslajia ja verkon- haltijan jokainen sähköverkon liityntäpiste kuuluu johonkin näistä kulutuslajeista. Yksik- köhintojen avulla voidaan määrittää sähkönjakelun keskeytyksestä aiheutuvat kokonais- kustannukset kullekin kulutuslajille. Taulukosta huomataan paperiteollisuuden keskey- tyshaitan kertoimien arvojen olevan korkeat teollisuuskulutuslajeja vertailtaessa, joka ker- too osaltaan sähkönjakelun luotettavuuden korkeista kustannusvaikutuksista paperiteolli- suudessa. Taulukon luvut eivät kuitenkaan kerro yksittäisen teollisuuslaitoksen keskey- tyshaitan suuruudesta, vaan antavat kokonaiskuvan kyseisen teollisuusmuodon keskey- tyshaitoista.

3.5 Kunnossapidon luotettavuusvaikutukset

Kuten kuvasta 3.4 huomataan, tehokkaalla kunnossapitotoiminnalla on suora vaikutus tuo- tantoprosessiin ja saavutettuihin tuotantomääriin. Kunnossapidon tehokkuudella voidaan vaikuttaa tuotantokatkosten lukumäärään ja vähentää niiden kestoaikaa. Kunnossapidon tehokkuuden tuloksena on käytettävissä olevan kapasiteetin parantunut hyödyntäminen.

Standardi SFS-EN 13306 jakaa kunnossapitomallit ehkäisevään ja korjaavaan kunnossapi- toon (SFS-EN 13306, 2010, s. 34).

Ehkäisevässä kunnossapitomallissa pyritään huoltotoimenpiteiden avulla ylläpitämään lait- teelta vaadittavia käyttöominaisuuksia ja mittaus- sekä kunnonvalvontamenetelmien avulla tarkkailemaan laitteen toimintakuntoa sekä ennalta ehkäisemään mahdollisten vikojen syn- tyä. Ehkäisevän kunnossapitomallin avulla voidaan saavuttaa prosessi kannalta kriittisille laitteille korkea käyttövarmuus. Toinen kunnossapidon päämalleista on korjaava kunnos- sapito, jossa korjataan jo syntyneet viat ja palautetaan laite vikaa edeltäneeseen toiminta- kuntoon. Verrattaessa laitteen rikkoutumisesta aiheutuvan päivän kestävän suunnittelemat- toman seisokin ja ehkäisevän kunnossapidon kustannuksia, voidaan ehkäisevällä kunnos- sapidolla saavuttaa jopa 70 % kustannussäästö verrattuna seisokin aiheuttamiin tuotan- nonmenetyskustannuksiin (Aromaa & Klarin, 1999, s. 422). (Etto, 1998b, s. 4)

Yksi kunnossapidon merkittävistä toimintakehyksistä on Reliability Centered Maintenance (RCM). Tämä luotettavuuskeskeinen kunnossapitostrategia on menetelmä sellaisen ehkäi- sevän kunnossapito-ohjelman luomiseksi, joka mahdollistaa laitteiston vaadittujen turvalli- suus- ja käyttövarmuustasojen saavuttamisen. Sen tavoitteena on parantaa käyttötoiminnan turvallisuutta, käytettävyyttä ja taloutta. Luotettavuuskeskeisen kunnossapidon seuraukse- na saavutetaan esimerkiksi parantunut turvallisuuden huomiointi, suorituskyky, käyttövar- muus sekä pidempi käyttökelpoinen elinikä kalliille laitteille. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2000, s. 22)

Toinen merkittävä kunnossapidon toimintakehys on Total Productive Maintenance (TPM) eli tuottava kunnossapito. Tämä tuottavan kunnossapidon strategia on kokonaisnäkemys kunnossapidon vaikutuksista tuotannossa ja se pyrkii kustannustehokkuuden parantami- seen. Tuottava kunnossapito tarkoittaa sitä, että koko organisaatio on sitoutunut ylläpitä- mään, kehittämään ja huoltamaan tuotantokapasiteettia. Tuottavan kunnossapidon kulma-

kiviä ovat laadun ylläpito, tuottava kunnossapito, tuotantotekniikka, siisteys ja järjestys sekä työntekijät, jotka osaavat käsitellä laitteita. Edellä mainittujen toteuttamisen työkaluna TPM:ssä käytetään 5S-menetelmää, joka saa nimensä viidestä japaninkielisestä verbistä, jotka luovat pohjan koko TPM-ohjelmalle (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 88). Tuotta- van kunnossapidon malli pitää sisällään ehkäisevän kunnossapitomallin toimenpiteitä ja siinä pyritään laajentamaan kunnossapidon käsite koskemaan myös tuotantoa ja muita or- ganisaation osioita. Tuottavan kunnossapidon soveltamisen vaikutuksina ovat esimerkiksi kohonnut tuottavuus, parantunut laatu, vähentyneet tuotantokustannukset, parantunut tur- vallisuus ja moraali. (Laine, 2010, s. 41-43, 47)

Lisäksi merkittäviä kunnossapidon toimintakehyksiä ovat Asset Management ja Six Sigma.

Asset Managementin päämäärä on suunnitella tuotantolaitoksen tuotantolaitteiden toiminta siten, että yritys saavuttaa liiketoimintatavoitteet kustannukset minimoiden. Asset Mana- gementissa käytetään viitekehyksenä pyramidia, jonka avulla kunnossapidon suorittamisen vaiheita arvioidaan. Asset Management-projektin toteutukseen liittyy olennaisesi laite- hierarkioiden luonti kriittisyyden pohjalta, jonka jälkeen laitteiden kunto tutkitaan ja mää- ritetään laitteille kunnossapitostrategia. Lisäksi laitteille tehdään vika ja vian vaikutus – analyysit, jonka jälkeen laitteille tehdään toimintasuunnitelma. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 93-96)

Six Sigma on laatutyökalu, joka pohjautuu laatujohtamisen periaatteille ja käyttää laatujoh- tamisen työkaluja. Six Sigma-ohjelmassa pureudutaan prosessin ja tuotteiden stabilointiin eliminoimalla vaihtelut. Ohjelmalla pyritään siis vähentämään virhetoimintoja ja virheelli- siä tuotteita prosessin toimintaparametrien ja prosessin stabiloimisella, jolloin virhekustan- nusten määrä pienenee ja yrityksen tehokkuus paranee. Six Sigma – ohjelman perustana on kuusiportainen sigmataso-asteikko, jonka kuudennella sigmatasolla tuotetaan vain 3,4 vir- hettä miljoonaa tuoteyksikköä kohden. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 99-100)

Kuitenkin toimintakehyksen ja tietyn laitteen kunnossapitostrategian valintaan vaikuttavat tekijät ovat usein toimiala- ja yrityskohtaisia käytäntöjä, joihin vaikuttavat olennaisesti käyttövarmuustavoitteet, jotka määritellään häiriöistä johtuvien taloudellisten, ympäristöl- listen ja turvallisuusvahinkojen kautta. Optimaalinen kunnossapitostrategia tähtää käyttö-

varmuuden alhaisuudesta johtuvien puutekustannusten ja kunnossapitoon käytettävien pa- noskustannuksien summan minimoimiseen. (Etto, 1998b, s. 4)

Keskeinen kunnossapidon tavoite on korkea tuotannon kokonaistehokkuus sekä hyvä käyt- tövarmuus. Oikein toteutettuna kunnossapito mahdollistaa hyvätasoisen käytettävyyden ja käyttöasteen. Hyvä käyttövarmuus merkitsee siis myös toiminnan luotettavuutta.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 40) 3.5.1 Kunnossapidon tietojärjestelmä

Kunnossapidon tietojärjestelmä on kunnossapito-organisaation työkalu halutun toiminnal- lisuuden saavuttamiseksi. Tietojärjestelmä sisältää laitteiden perustietoja, materiaalinhal- lintatietoja sekä häiriötietoja. Lisäksi se voi sisältää ennakkohuoltojärjestelmän, työmää- räysjärjestelmän sekä monia muita käyttötoimintaa tukevia järjestelmiä.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 220-221)

Massa- ja paperiteollisuuden laitoksissa on yksi pääprosessi, joka säilyy muuttumattomana.

Tällöin on loogista nimetä prosessipaikat, sillä prosessi säilyy muuttumattomana vaikka laitteita vaihdetaankin. Perusideana on kerätä toimintopaikkoja ryhmiin esimerkiksi pro- sessikaavion, tuotantoyksikön tai sijainnin mukaan. Tällä teollisuuden alalla kunnossapi- don tietojärjestelmissä on tyypillisesti käytössä toimintopaikka / nimike / yksilö – hierar- kiarakenne, jonka avulla toimintopaikoista rakennetaan looginen pyramidi yksittäisen lait- teen laitekortin löytämisen helpottamiseksi. Toimintopaikalla kuvataan prosessin toiminto- paikkaa, jonka tarkoituksena on tehdä toiminto prosessissa. Nimikkeellä tarkoitetaan laitet- ta, varaosaa tai tarviketta, jolle on annettu nimikenumero ja tunnistetieto. Laiteyksilö tar- koittaa tiettyä laitetta, jolle on annettu yksilönumero. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s.

223-224)

3.5.2 Käyttäjäkunnossapito

Käyttäjäkunnossapidolla eli käynnissäpidolla tarkoitetaan käyttöhenkilöstön käytön lisäksi suorittamia tehtäviä, jotka liittyvät kohteen käyttökuntoon (PSK 6201, 2011, s. 3). Käyttä- jäkunnossapitoon liittyviä perushuoltotoimenpiteitä eli kunnonvalvontaa ovat laitteiden puhdistuksen lisäksi voitelutoimenpiteet, säädöt ja tarkastukset. Voitelu- ja rasvaustoimen- piteitä sekä öljytasojen tarkastuksia suoritettaessa tulee kiinnittää huomiota käytännölliseen

ja suunnitelmalliseen toimintaan sekä oikeiden voiteluainemäärien käyttöön. Säädöillä tar- koitetaan toimenpiteitä, joita käyttöhenkilöstö tekee varmistaakseen laitteiston riittävän suorituskyvyn. Esimerkkinä säätötoimenpiteestä on pumpun jäähdytysveden virtauksen säätö. Tarkastukset voivat olla silmämääräisiä, perustua lämpötilan tai esimerkiksi laitteen toiminnan tai yleiskunnon tarkkailuun. Tarkastukset voivat perustua myös muihin aistinva- raisiin tarkastuksiin, kuten kuunteluun, koskettamiseen tai haistamiseen. Tarkastusten tu- loksiin tulee suhtautua varauksella, sillä niissä ei käytetä mittalaitteita. Mikäli aistinvarai- sissa tarkastuksissa havaitaan poikkeamia, tulee laitteiston kunnon tarkastukset suorittaa mittalaitteiden avulla. (Aromaa & Klarin, 1999, s. 374-375)

Kunnonvalvontatarkastukset voidaan jakaa karkeasti aistinvaraisiin tarkastuksiin ja mittaa- viin toimenpiteisiin perustuvaan kunnonvalvontaan. Tarkastuksella tarkoitetaan kohteen toimintakyvyn tarkastusta, joka ei sisällä yksilöityjä mittauksia tai päätelmiä. Testauksella tarkoitetaan kohteen toimintakyvyn tarkistamista vertaamalla kohteesta saatuja mittaustu- loksia kohteelle spesifioituihin arvoihin. Kunnonvalvontaa voidaan suorittaa myös arvioi- malla ensisijaisia vaikutuksia eli hyödyntää prosessimittauksia ja niiden trendejä sekä tuot- teen laatuvaihteluiden avulla voidaan saada tietoa prosessilaitteiden vioista (Kunnossapitoyhdistys ry, 2000, s. 70). (Etto, 1998b, s. 6, 14)

Useimmat massa- ja paperiteollisuuden laitteistot ovat alttiina värinälle, lämpötilavaihte- luille, mekaaniselle, termiselle väsymiselle, korroosiolle ja eroosiolle tai jopa kaikille edel- lä mainituille. Käyttäjäkunnossapidon suorittaman kunnonvalvonnan avulla voidaan vai- kuttaa laitteiston elinikään tai havaita laitteiston alkava vikaantuminen riittävän ajoissa ja mahdollisesti säästää suuria summia kunnossapitokustannuksissa. (Aromaa & Klarin, 1999, s. 375)

3.5.3 Vikaantumattomaan toimintaan pyrkiminen

Lähtökohta vikaantumisen välttämisessä on se, että laitteen viat ovat seurausta muutoksista koneen ikääntyessä tai koneen käyttötoiminnan yhteydessä. Muutosten havaitseminen jää usein tekemättä vajaatehoisten tarkastusten tai kulumisen seurannan takia. Muita muutok- sien havaitsematta jäämiseen vaikuttavia tekijöitä ovat esimerkiksi koneen likaisuus, ko- neen epäsiisti ympäristö tai koneen huoltoystävällisyys. Toisaalta vikoihin voidaan tottua ja ne hyväksytään osana normaalia toimintaa. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 67)

Pyrittäessä vikaantumattomaan käyntiin voidaan noudattaa erilaisia strategioita, joiden pääpiirteinä on pitää koneen toimintaedellytykset kunnossa. Kone tulee pitää puhtaana, oi- kein voideltuna ja linjattuna. Lisäksi tulee kiinnittää huomiota koneen toimintalämpötiloi- hin, voiteluaineiden puhtauksiin sekä ympäristön siisteyteen. Koneen nettotehoja tulee seu- rata mittausmenetelmien avulla ja mahdollisesti reagoida alentuneeseen toimintakykyyn.

Koneen rakennetta voidaan parantaa käyttökokemuksien perusteella. Lisäksi koneen käyt- täjiä ja kunnossapitäjiä tulee kouluttaa osana vikaantumattomaan toimintaan pyrkimistä.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 67-68)

Vikaantumattomaan toimintaan pyrkiminen voidaan jakaa toimintavaiheisiin, joissa en- simmäisessä vaiheessa pyritään hallitsemaan vikaantumisprosessit siten, että vikaantumis- väli stabilisoidaan. Toisessa vaiheessa vikaantumisväliä pyritään pidentämään. Viimeisessä vaiheessa toimintaperusteeksi otetaan koneen kunto, eli vian esiintymisen selvitetään käyt- täjäkunnossapidon toimenpiteillä ja korjaus suoritetaan sopivana ajankohtana. Vaiheita lä- pikäytäessä on korostettava vikaantumisvälin stabiloinnin merkitys, sillä huolimaton toi- minta vaiheiden suorituksessa laitetasolla vaikuttaa koko järjestelmän käytettävyyteen.

Mikäli asetettuja tavoitteita ei saavuteta, kunnossapidon tehokkuus kärsii ja kustannusvai- kutukset ovat suuria. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 68-70)

3.5.4 Sähkönjakeluverkon laitteiden kunnossapito

Sähkönjakeluverkon laitteille voidaan suorittaa kriittisyysluokituksia, joiden pohjalta lait- teistot jaetaan niiden kriittisyysluokkiin prosessin toimivuutta ajatellen. Kriittisyysluokitus voidaan suorittaa esimerkiksi standardin SFS-EN 13306 kriittisyysmatriisin avulla, jossa kriittisyysluokkaan vaikuttavat vian tai vikaantumisen vakavuus ja vikaantumistiheys, ku- ten kuvasta 3.5 huomataan (SFS-EN 13306, 2010, s. 42).

Kuva 3.5 Standardissa SFS-EN 13306 esitetty kriittisyysmatriisi, jonka pohjalta laitteistot voidaan jakaa kriittisyysluokkiin. (SFS-EN 13306, 2010, s. 42)

Kuvassa esitetyn kriittisyysluokituksen mukaisesti kullekin laitteistolle valitaan toimenpi- teet ja kunnossapitomallit, joilla kunnossapitoa suoritetaan. Sähkönjakeluverkkojen laitteet ovat usein kriittisyysluokituksissa korkeimmissa luokissa, sillä jo yksittäisten laitteiden häiriöt voivat aiheuttaa tuotantokatkoja suurillekin alueille. Täten useimmille sähköverkon laitteille suoritetaan jatkuvaa kunnonvalvontaa ehkäisevän kunnossapitomallin mukaisesti.

(Saarnio, 2011, s. 18)

Esimerkkinä sähkölaitteiden ehkäisevän kunnonvalvonnan ja käyttäjäkunnossapidon vai- kutuksista yleisesti voidaan käyttää sähkömoottorin jäähdytyspuhaltimen järjestelmällistä puhdistusta ja tarvittavan jäähdytysilman kapasiteetin ylläpitoa likaisissa olosuhteissa.

Tutkimuksen mukaan raskaan lian peitossa oleva sähkömoottori, joka saa ainoastaan 50 % nimellisestä jäähdytysilman kapasiteetista, saavuttaa ainoastaan 2 % eli noin 5 kuukautta sen laskennallisesta 20 vuoden eliniästä. Kevyellä puhdistuksella saavutetaan sähkömoot- torille hieman edellä mainittua pidempi elinikä, mutta ainoastaan järjestelmällisellä moot- torin jäähdytyspuhaltimen toiminnan kunnonvalvonnalla ja ajoitetuilla kunnossapitotoi- menpiteillä, eli tässä tapauksessa huolellisella puhdistuksella ja samalla 100 %:n jäähdy- tysilmakapasiteetin ylläpidolla, voidaan saavuttaa moottorin laskennallinen elinikä. Tässä

esimerkissä ei huomioida muita moottorissa mahdollisesti esiintyviä vikoja. (Aromaa &

Klarin, 1999, s. 374)

3.5.5 Ennakko- ja määräaikaishuollot

Laitteen ennakkohuollolla laitteen toimintakuntoa pyritään pitämään sille suunnitellulla tasolla. Ennakkohuolto sisältää laitteiston toiminnan optimointia, jonka tavoitteena on pro- sessin optimointi sekä prosessin toiminnan ylläpito. Ennakkohuollon toimenpiteet ovat en- nalta suunniteltuja ja ne tapahtuvat toistuvasti palautteen mukaan kehittyen. Ennakkohuol- loille on määritetty usein oma ennakkohuolto-ohjeistus, joka sisältää ohjeet huollon toteu- tuksesta toimenpiteineen ja turvallisuusohjeineen. (Etto, 1998b, s. 13)

Laitteen alkuperäinen toimintakyky voidaan mahdollisesti palauttaa määräaikaishuollossa.

Määräaikaishuolto suoritetaan, kun kyseinen laite saavuttaa ennalta määritetyn eliniän, riippumatta siitä, missä kunnossa laite huoltohetkellä on. Määräaikaishuollossa suoritetaan joko määräaikainen korjaus, jossa laitteen toimintakyky palautetaan korjaustoimenpiteillä tai määräaikainen osien vaihto, jossa laitteen toimintakyky palautetaan vaihtamalla kulu- neiden osien tilalle uudet osat. Määräaikaishuollot sijoitetaan ajankohtaan, jolloin vikataa- juus lähtee nousuun. Määräaikaishuollon suorittaminen on teknisesti kannattavaa, mikäli laitteen käyttöikä pystytään määrittämään ja määräaikaishuollolla saadaan laitteen käyt- töikä palautettua alkuperäiselle tasolle. Määräaikaishuollon taloudellisuus riippuu huolto- kustannuksista sekä vikaantumisesta aiheutuvista suorista kustannuksista. Yleisesti ottaen määräaikaishuollolle on taloudelliset perusteet, mikäli sen avulla vältetyt vikaantumisesta aiheutuvat kustannukset voidaan olettaa huoltokustannuksia suuremmiksi.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2000, s. 57-59)

3.6 Vikaantuminen ja aika

Perinteinen käsitys vikaantumisen ja ajan korrelaatiosta on kuvassa 3.6 esitetyn kuvaajan A eli niin sanotun kylpyammekäyrän mukainen. Kyseisen käsityksen mukaan vikaantumis- malleja on vain yksi, jossa alussa laitteen varhaisvikataajuusjaksolla esiintyy niin sanottua uutuuden karheutta, jolloin vikataajuus on korkeampi. Vakiovikataajuusjaksolla laitteen vikataajuus pysyy vakiona ja lähtee jälleen nousuun loppuunkulumisjaksolla.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 57)

Kuva 3.6 Aikaan perustuvat vikaantumismallit A-C ja satunnaiseen vikaantumiseen perustuvat vikaantu- mismallit D-F, joiden kuvaajissa esitetään vikataajuuden kehittyminen laitteen eliniän funktiona.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 58)

Kuvan mallit A–C voidaan katsoa aikaan perustuviksi vanhenemismekanismeiksi ja D-F satunnaisen vikaantumisen malleiksi. Kuvan mallien esiintymistä on tutkittu ja tutkimuk- sissa on havaittu vikaantumisen noudattavan pääosin vanhenemismekanismien E ja F mu- kaisia käyriä taulukossa 3.2 esitettyjen prosenttiosuuksien myötä. (Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 57-60)

Taulukko 3.2 Vikaantumismallien esiintymisen todennäköisyys neljän eri tutkimuksen perusteella.

(Kunnossapitoyhdistys ry, 2007, s. 59).

UAL (1968) Broberg (1973) MSP (1982) Submepp (2001)

Malli A 4 % 3 % 3 % 2 %

Malli B 2 % 1 % 17 % 10 %

Malli C 5 % 4 % 3 % 17 %

Malli D 7 % 11 % 6 % 9 %

Malli E 14 % 15 % 42 % 56 %

Malli F 68 % 66 % 29 % 6 %

Taulukon tutkimuksista UAL ja Broberg ovat tutkineet vikaantumismallien esiintymistä siviililentokoneissa, MSP laivoissa ja Submepp sukellusveneissä. Taulukon vikaantumis- mallien jakauma kyseenalaistaa aikaisemman vikaantumiskäsityksen, eli aikaan perustuvi- en vikaantumismallien A-C esiintymisen. Asiantuntijoiden mukaan teollisuuden vikaantu-